摘要 簡(jiǎn)單介紹了內(nèi)錐流量計(jì)的工作原理。重點(diǎn)介紹了內(nèi)錐流量計(jì)的各項(xiàng)特性與技術(shù)指標(biāo)，并與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)作了比對(duì)，說(shuō)明內(nèi)錐流量計(jì)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)孔板。還給出了內(nèi)錐流量計(jì)在我國(guó)的應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞 差壓流量計(jì) 節(jié)流裝置 內(nèi)錐流量計(jì) 孔板 比對(duì)
1 內(nèi)錐流量計(jì)及其工作原理
內(nèi)錐流量計(jì)源于美國(guó)麥克羅米特（mccrometer）公司，因其節(jié)流部件呈圓錐形，英文名稱為v－cone flowmeter；引入我國(guó)后被稱為內(nèi)錐流量計(jì)（見(jiàn)圖1）。
圖1 內(nèi)錐節(jié)流裝置原理示意圖
內(nèi)錐流量計(jì)與孔板流量計(jì)同屬于差壓式流量計(jì)。其主要的理論基礎(chǔ)是密閉管道中能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程，即伯努力（bernoulli）定理。定理的內(nèi)容是在流量恒定的管段中，其流體的壓力與該管段中流體流速的平方成反比。
如圖1所示，流體在接近內(nèi)錐節(jié)流件時(shí)其壓力為p1，取這一點(diǎn)壓力作為參照流速下的基準(zhǔn)靜壓；當(dāng)流體流經(jīng)內(nèi)錐節(jié)流區(qū)時(shí)，由于管道截面積變小而流速增大以維持能量恒定，并且在錐體末端取壓口處壓力降到zui小，引出該處壓力作為流速變化量p2。測(cè)取這兩處的壓力差 ；根據(jù)伯努力定理，由 即可計(jì)算出流速的大小。
2 內(nèi)錐流量計(jì)的選型計(jì)算
節(jié)流裝置的選型計(jì)算及所涉及到的單位換算十分繁瑣，這里不再贅述。以下僅通過(guò)國(guó)標(biāo)（gb/t2624－93）的方程式引述一下內(nèi)錐流量計(jì)的選型計(jì)算。公式中的字母代號(hào)說(shuō)明見(jiàn)表1。為便于比較，兩者的公式都采用單位制并經(jīng)過(guò)形式上的處理。
孔板流量公式：
標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)錐流量公式：
可以看出內(nèi)錐公式中的y就是國(guó)標(biāo)公式中的 ，cd就相當(dāng)于c，可見(jiàn)它們是*一致的。
但是，首先這里要注意一個(gè)實(shí)質(zhì)性的區(qū)別：同是節(jié)流裝置，孔板是外測(cè)圓環(huán)節(jié)流，內(nèi)錐是中心圓錐節(jié)流。因此引出“節(jié)流比系數(shù)”這個(gè)概念，用以描述一個(gè)節(jié)流裝置的節(jié)流程度：它等于節(jié)流裝置在節(jié)流處的zui小流通面積與節(jié)流裝置內(nèi)部截面積比值的平方根，同樣計(jì)為 。這比把 稱作直徑比在物理意義上更準(zhǔn)確。對(duì)于孔板節(jié)流裝置，則有：
對(duì)于內(nèi)錐節(jié)流裝置，則有：
＝
式中：d’是內(nèi)錐節(jié)流裝置的等效開(kāi)孔圓直徑。
其次，可膨脹性系數(shù)的公式也有點(diǎn)不同。不論國(guó)標(biāo)用 來(lái)表示也好，美國(guó)氣體協(xié)會(huì)用y來(lái)表示也好，它們都是：
（或y）＝1－（0.41＋0.35
而標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)錐的可膨脹性系數(shù)計(jì)算公式為
y＝1－（0.649＋0.696 ）
zui后，也是zui重要的是流出系數(shù)的求值問(wèn)題。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置，國(guó)標(biāo)給出：
c=0.5959+0.0312
對(duì)于內(nèi)錐節(jié)流裝置，mccrometer公司公開(kāi)給出的是一個(gè)估算式：
cd=1－（1－
從式中可以明顯看出此處的cd與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)，僅僅是建立在節(jié)流裝置的幾何尺寸上；而且注明由該式求得的cd估算值與實(shí)際值的偏差為 ，適用條件是0.4< <0.85、0.025m
8×103和y>0.96。
事實(shí)上，內(nèi)錐節(jié)流裝置和其它節(jié)流裝置一樣，都遵守相似定律，這就是說(shuō)內(nèi)錐流量計(jì)也可以象標(biāo)準(zhǔn)孔板一樣進(jìn)行參比計(jì)算。比如迭代法，按照mccrometer公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是用上述流出系數(shù)估算公式先確定一個(gè)cd初值，然后通過(guò)流量公式和雷諾數(shù)公式求出雷諾數(shù)，再?gòu)膔ed－cd表中查出對(duì)應(yīng)的新cd值，如此反復(fù)迭代，直到zui后兩次流量計(jì)算值的差的值小于0.01％為止。
然而，內(nèi)錐流量計(jì)目前還存在著知識(shí)產(chǎn)權(quán)和市場(chǎng)利益的保護(hù)問(wèn)題，生產(chǎn)商不提供red－cd表，這很不方便。經(jīng)過(guò)對(duì)一些技術(shù)資料、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，本文建議在流出系數(shù)估算公式中加入雷諾數(shù)修正項(xiàng)，從而得出下式來(lái)頂替red－cd表作迭代計(jì)算用：
cd=1－ 象這樣的選型計(jì)算*可以滿足編制工程建議書(shū)、確定流量計(jì)通徑和直管段長(zhǎng)度的需要，所求得的計(jì)算cd值也可用于二級(jí)以下的計(jì)算應(yīng)用，但這只是一種估算。
對(duì)于其余參數(shù)的計(jì)算，兩者的公式*相同，包括氣體體積的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、雷諾數(shù)、材料熱膨脹等。
公式中字母代號(hào)含意列于表1。
表1 字母代號(hào)含意
c流出系數(shù)（國(guó)標(biāo)命名法）
工況下流體密度，kg/m3
cd流出系數(shù)（內(nèi)錐命名法）
p流體靜壓，pa
d工況下節(jié)流件孔徑或內(nèi)錐外徑，m
差壓，pa
d工況下流量計(jì)內(nèi)徑，m
等熵指數(shù)
工況下節(jié)流比系數(shù)
y可膨脹性系數(shù)
可膨脹性系數(shù)
qm質(zhì)量流量，kg/s
3 內(nèi)錐流量計(jì)的特性
內(nèi)錐流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)相比有更多的優(yōu)勢(shì)、更廣泛的適用領(lǐng)域。從美國(guó)mccrometer公司的技術(shù)資料中可以查閱到大量的實(shí)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)檢定和工業(yè)應(yīng)用的報(bào)告及記錄。本文僅在表2中列出我國(guó)銀河儀表有限公司在內(nèi)錐流量計(jì)的研制過(guò)程中5臺(tái)樣表檢定結(jié)果的部分?jǐn)?shù)據(jù)。該項(xiàng)檢定是由中國(guó)航天集團(tuán)公司第十一研究所計(jì)量室完成的，這些數(shù)據(jù)資料都無(wú)疑是對(duì)以下各項(xiàng)指標(biāo)、特性的說(shuō)明。
3.1 測(cè)量精度
如果不考慮壓力傳感儀表和二次儀表的誤差，內(nèi)錐流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)一樣，裝置本身的不確定度都可以達(dá)到±0.5％，符合國(guó)標(biāo)對(duì)氣體商用計(jì)量的要求。
3.2 重復(fù)性
內(nèi)錐流量計(jì)的重復(fù)性小于±0.1％。即使在低雷諾數(shù)的非線性段，測(cè)量重復(fù)性也非常好。這意味著可以利用數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展流量計(jì)的測(cè)量范圍。標(biāo)準(zhǔn)孔板的復(fù)現(xiàn)性包括在不確定度里，不單列。
3.3 量程比
內(nèi)錐流量計(jì)的典型單表量程比是10∶1。這項(xiàng)指標(biāo)比標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的3∶1要寬得多。從表2可以看出它還能夠達(dá)到更高的量程比。
表2 銀河內(nèi)錐流量計(jì)檢定結(jié)果表
計(jì)算公式
q=a+b
d/mm
50.000
50.000
50.000
100.000
200.00
0.452
0.650
0.854
0.850
a
0.05994628
-0.01709265
-0.01640338
0.75247742
1.05969451
b
1.71625861
4.04465749
8.60156801
15.08579841
59.88791366
流量/差壓
2.351
1.787
0.544
0.019
3.320
0.151
6.397